Spice协议初探

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序 言

        SPICE,即Simple Protocol for Independent Computing Environment(独立计算环境简单协议)是红帽企业虚拟化桌面版的主要技术组件之一,具有自适应能力的远程提交协议,能够提供与物理桌面完全相同的最终用户体验。借助支持SPICE协议的客户端(如remote-viewer)或者通过浏览器,用户可以访问自己的虚拟桌面,如下图1所示。

 

 

图1 spice remote-viewer客户端

 

1.特点

 

        Spice虚拟桌面传输协议,最初是由Qumranet开发,后来被RedHat收购并开源。经过几年的社区开发,Spice协议已经能在实际应用中一展拳脚,和商业协议ICA 、PCoIP等相抗衡,与上述商业化的远程桌面协议相比,Spice协议具有如下优点:
(1)开源:易于扩展和功能定制;
(2)跨平台:Windows/Linux/Mac OS平台全兼容;
(3)支持外接设备:除常用USB设备外,打印机和扫描仪等设备也能在远程使用;
(4)丰富的媒体支持:包括视频、音频、图像;
(5)更小的带宽占用:Spice里内置图像压缩算法,有效减少数据传输时的带宽占用;

(6)更安全的数据传输:Spice可以使用OpenSSL加密传输数据。

 

2.架构

 

        Spice 包含四个部分:协议、客户端侧、服务端侧和虚拟机侧。其中,
(1)协议:是客户端侧、服务端侧和虚拟机侧三个部分交互时所遵循的准则;
(2)客户端:负责接收并转换虚拟机数据,以及发送用户输入数据到虚拟机,从而使得用户能够与虚拟机进行交互;
(3)服务端:是集成在Hypervisor内部的一个用户层组件,使得Hypervisor(如QEMU)支持Spice协议;

(4)虚拟机侧:指所有部署在虚拟机内部的必需组件,如QXL驱动、Spice Agent等。

 

图2 Spice 相关组件

 

(一)Spice 图形命令流

 

         图3展示了Spice的基本框架,以及图形命令流如何从虚拟机内部达到Spice终端(平台环境为QEMU+libSpice)。图形命令开始于虚拟机内部的图形应用程序向OS请求绘制操作(如GDI命令)。之后,Spice会利用安装在虚拟机内部的QXL驱动,捕获应用程序的绘制操作,进而转化为Spice QXL 命令,并传递到QEMU虚拟的QXL设备后端。接着,LibSpice会读取上述QXL 命令,进行重组和优化,并封装成Spice协议消息格式,发送到终端。最后,终端依据Spice协议解析对应的图形操作消息,进而完成画面更新操作。 

 

图3 Spice图形命令流

 

(二)Agent 命令流

 

        如图4所示,为Spice Agent对应的命令交互流程,Spice Agent位于虚拟机内部。Spice Server 和 client 借助Agent在虚拟机内部执行一系列动作,如设置虚拟机显示配置等。Spice Agent通过位于虚拟机内部的VDIPort设备驱动与VDIPort设备(由QEMU 虚拟的设备)进行交互,VDIPort虚拟设备与Spice Server通过QEMU 的VDI Interface 进行交互,从而最终实现Spice Agent与Spice Server以及Spice Client三者之间的交互,其中消息格式均遵从Spice协议。

 

图4 Spice Agent图形命令流

 

3.实现

 

3.1 Spice客户端

 

        如图5所示,Spice客户端通过建立不同的通道来处理不同的事件。客户端将每个Channel实现为一个单独的线程,具体通过定义一个以单独线程运转的RedChannel基类的方式来实现,之后从此基类中派生所需要的具体功能类。
客户端Channel类包括:RedClient、DisplayChannel、CursorChannel、InputsChannel、PlaybackChannel、RecordChannel等。RedClient 负责建立主通道,之后主通道通过channel_type创建下述通道:
(1)DisplayChannel:负责处理图形命令、图片以及视频流显示;
(2)InputsChannel:负责处理键盘和鼠标输入;
(3)CursorChannel:负责处理指针设备位置、可见性以及形状的显示;
(4)PlaybackChannel:负责接收服务端的声音数据,并在客户端播放;

(5)RecordChannel:负责客户端声音设备声音捕获,并将其传递到虚拟机内。

 

图5 Spice client实现

 

3.2 Spice Server

 

        如图6所示,Spice Server内部对应于client,也存在若干个通道。这些通道主要负责向虚拟机的虚拟设备(如键盘鼠标等)传递客户端侧用户的输入,以及接收并显示虚拟机虚拟显卡对应的画面(QXL)。为了使得Spice Server能够相对独立,其借助QEMU提供的各种虚拟设备后端接口来与虚拟机所见的虚拟设备进行交互,如Playback Interface等。

 

图6 Spice Server实现

 

3.3 Spice 协议

 

        如图7所示,Spice协议是构建起整个虚拟桌面的核心。借助于Spice协议,虚拟桌面各个组件之间才能够顺利交互。

 

图7 Spice 协议

 

 

3.4 QXL Device

 

        Spice Server 支持 QXL VDI interface,负责为虚拟机提供虚拟显卡,包括初始化显卡的ROM与RAM等的地址映射、IO端口映射、显存区域更新、光标位置通知、设备IRQ请求、显卡模式设置及重置等显卡基本功能。同时,QXL设备后端,负责与Spice Server交互,从而实现在终端实时进行虚拟桌面的显示。

 

3.5 QXL Guest Drivers

 

        QXL虚拟设备对应的驱动,使操作系统能够正确识别相应的设备。

 

3.6 Spice Agent

 

        虚拟机内部的守护进程,接收来自客户端或者服务器的相关操作请求,比如设置虚拟机的分辨率等。

 

3.7 VDIPort Device and Driver

 

        VDIPort设备由Spice Server为虚拟机所虚拟的串口通信设备,提供给虚拟机内部Agent通道以及usb重定向通道使用,其在QEMU侧均对应于一种名称为Spicevmc的字符设备后端。

 

posted @ 2017-12-05 19:31  JustDoIt0  阅读(947)  评论(0编辑  收藏  举报